Nomeações D. António Carrilho foi nomeado Bispo Titular de Tamalluma e Auxiliar do Porto pelo Papa João Paulo II, a 21 de fevereiro de 1999. Nessa altura desempenhava as funções de Diretor do Secretariado Geral do Episcopado, Diretor da Lumen (Revista de reflexão e documentação pastoral) e era Membro da Comissão Paritária Igreja/Estado para estudo e resolução dos problemas do património cultural de interesse comum. A ordenação episcopal realizou-se na Igreja de S. Pedro do Mar, em Quarteira, Diocese do Algarve, na tarde do dia 29 de maio de 1999 pelo ordenante principal D. Manuel Madureira Dias. No dia 3 de junho de 1999, D. António Carrilho iniciou as suas funções na Diocese do Porto.
A 8 de março de 2007, foi nomeado Bispo do Funchal, pelo Papa Bento XVI, tomando posse da Diocese no dia 19 de maio de 2007.